自动变速器_八_无级变速器CVT_下_葛安林

· 特约专题 · 自动 变 速 器 ( 八 ) — 无级变速器 CV T (下 )吉林大学 葛安林 中图分类号 : U4 63 . 2 12 文献标识码 : A文章编号 : 1 00 0一 3 7 03 ( 2 001) 2 1一 0 01 0一 4 0 4 CV T 控制 4 . 1 力学模型 从图 11可获得发动机转矩 大直接传至输人轴 p时与输出轴 S上的转矩平衡方程为 : , … , d . , 、 . _ , d田 、 ` _ , _ _ 、又天 一 式气拼 ) i 一 孔 = 乙告井 + 凡 + 、 ( 17 )` e d t ’ “ ` 优 “ d t L 发动机愤性 图中当前车速 : . 及发动机油门开度 100 的状态下 , 要加速超车 , 猛踩油门踏板至节气门全开 , 速 比由 i , 变为 12 (即向大速比 oil 、 变化 ) , 发动机转速也从 、 l猛升至 、 2 。 这样就可能要出现式 ( 21 ) 的情况 , d i / dt 太大而使汽车反而出现负加速 (减速 ) , 尤其 对发动机转矩 天小的汽车 , 更应小自 , 不要使油门 开度 a 过大 , d 。 / d c 变化太快 , 以免适得其反 , 抬起 油门踏板减速 , 亦要放慢速度 , 特别是随之是制动 时 , 即从制动到最大速 比 oil 、 , 对速 比变化同样要求 也严 。 r车量I整惯 图 11 C VT 力学模型 = 外 / 。 , , 在轮与带之间无滑动的条件下 : 0 0 0「变知器作区 一最人速比蝙 . C V T I _作区 全开 t 二二二二二二= .一一7 ; 。品 经最济节气开门度 换挡点 节产 几门 J Z’ 、 : 一曰一甘 ` 户口 , 3 00 0戳于砂 一-层日`、￡周寨澎吞绷、,.护、 ! 了 一找91`. ù.1了厂吸刃、 、`d 田 , d i . . d田 ,二一 二— . t, 〕 十 i—d t d t 一 一 d t 因面 口 n ~ . ~ . ~ . ~ . , , . 。 、 d田 , . , d i尽JJ I 泌 = 1 1,1 = I 左 + 1矽 + ` 十 气I , + I言夕.下丁一 + I , 低 . ~丁 U L a 不 式中 , L 为转换到 C V T 输出轴 S 上等效的汽车转动 惯量 ; 界为与 CV T 匹配的发动机 目标转矩 ; .Tl 为 c v T 系统损失的转矩 , Tt 。 = (f 。 , , 大 ) ; 几 + 。 为转化 至 c V T 输出轴 S 上的汽车行驶阻力矩 。 从式 ( 1 9) 可知 : {少丫产 一 一下 一 弋一7 乡《 i派农俞卜关一书岁升瓤农训 - 旦望乙 _ d t 大i 一 孔 一 T eI 田 , 4 0 8 0 1 20 16 0 车速 v 瓜 n l . h一 , C VT 的速比控制规律 乙+ 人12 乙+ 人i d i d t 图 12 4 . 2 控制原理 式 ( 2 0) 说明 , 在变速过程中 d i/ dt 大 , 如果 ( 2 0 ) 不能变化太 d i丽> 大i 一 .Tl 一 耳 + ` CV T 的控制是靠两个带轮的轴向夹紧力 凡 , 实现的 , 一个带轮的夹紧力保证了传递的力矩容量 界 , 而另一个带轮位置则决定 了所需的传动速 比 i、矛口曰尸1二日协2了l、`声., 、儿田。 。 . d田 * _ ~ * 。 , 山 。 。 二 . 、 一 , 。 , * 小。 二 二 _ 、十则一下一 < U , uJI 鸟狄贝虫热 土脱工布里伏 )J 日迷 U i (见图 1 3 ) 。 即由式凡 =蝉 (详见本刊 “ 自动变速器乙尸药 r 争> 。 ) , 猛踩油门 , 从而反映在 d ` / d , 变化太尤 反而使汽车减速 , 这是 C V T 控制中特别要注意之 处 。 以图 12 所示速 比变化控制规律为例 , 从行驶状 态的发动机油门开度 a 与车速 V 的控制规律 , 可方 便得知 CV T 相应的速比 i 与发动机的转速 n 。 。例如 (七 ) ” 中式 ( 1 6) )决定 的被动轮夹紧力 凡二 , 即 F 保 证力矩容量 , 而由主动轮的夹紧力 凡 决定的位置 , 实现所期望的速比 。 它的控制方法有压力控制 、 流量控制 、 位置控 制与协调控制等 。 由于主 、 被动带轮之间是通过金 属带的约束作用 , 使 C V T 系统才得 以保持平衡 , 所 以在变速过程中被动带轮的压力 只 控制 , 和对主动 2 0 0 1年 第 12 期 一 l一 · 特约专题 · 带轮的速比控制具有祸合效应 。 为此 , 电子控制单 元 E CU 根据要保证传递的发动机转矩 孔 , 对被动 轮确定所需施加的轴向夹紧力 式 , 从而确定所需 的 夹紧力 比*Fn / Fs , 才得以实现 界 、 i状态下所要求的 主动轮的平衡点的压力片 , 据此与目前的实际控制 压力 尸; 比较 。 如果 △P 二 凡 一 *Pr 二 0 , 则系统处于平 衡状态 , 达到了所要求的 Te 、 玄状态而稳定行驶 (见 图 14) , 即 d i/ d , 二 o , 否则 , 则需按其影响因素 , 以 式 ( 22 )对速比变化继续进行控制 `详见 4 . 3 . 2 速比 控制部分 ) ,直至 d i/ d t 二 O 为止 ,达到系统平衡 。 制 ) 和位置伺服系统 (即速 比控制 ) , 简化了控制问 题 , 实现了 C VT 关键技术— 系统平衡 。 d i , , 、 . 、 ` 、 ~ 丁~ = 入 k七 ) 电 凡。 , 二尸 , d t ( 2 2 ) d rdl t 『『『『『『『麟麟发发动机机机 1 0 ` 0 气气特特性图图图图 厂厂厂 令】动力输入 峥输出 画速度传感器 电电了宁飞飞制制单儿儿 }}}仁动带带轮轮阀阀 ... , ... 被被动带带轮轮阀阀 夕卜力传感器 图 13 C v T 控制系统简图 这样 , 将主 、 被动轮相互祸合的控制问题转化 为两个单一 目标的压力调节系统 (即轴的夹紧控 图 14 速比变化速率的确定 4 . 3 控制机构 总体上与普通 自动变速器相同 , 但其电一液控 制系统中基本管路分为压力控制与变速控制两个 系统 。 对于前进与倒退 的换挡机构 , 还要另加控制 摩控元件实现换挡的液压系统 (见图 1 5 ) 。 4 . 3 . 1 管路压力控制 该系统用来保证带轮的夹紧力 , 通常是将压力 导人被动带轮侧油缸 , 以产生带所需的足够张力 , 它受发动机转速 n 。 、 负荷 (即油门开度 a) 及速比 i 的控制 , 以获得确保 CV T 无滑转的控制 (见图 16) 图 1 6 是根据 n 。 ( 娜 ) 、 n , 及 几 决定 F 。 : , , 从而 可计算出目标压力P,* , 它与实际测得的系统被动带 轮的 只 之差送人 PI D 控制器 , 产生相应的脉宽调制 . 管路仄力 0 润滑仄力 . 皮托管 jJ、 力 0 飞工卜力。 (允液压力) }}}}} JJJJJ lllll 卜卜卜 !!!生_ _ _ _ _ _ _ _ --- 门门门「「门门门肖肖肖 多多多 {{{{{{{{{{{{{ 曰曰曰曰 {攫攫门门门「「「「门门门门门门门己己己 么么~ ~ 公公 11111 图 15 E C v T 液压柱制回路 一 2一 汽 车 技 术 平衡图 ]4 按按按按按式 (6 1 )金 ttt算算算算需要的日日日日日日日标标标标标夹紧力力力 电磁阀阀压压压压压压压压压压力力控控制制 被被动动 带带轮轮 遏卜 「丽 -阵 吉瓣势。 叫蕊霭 实际 吗 不式 r 下目 · 特约专题 · (P WM )信号作用于控制主压力的电磁阀 , 使系统实 际 Ps 迅速达到目标压力.*P 。 C V T 图 1 7 C V T 速比控制图 图 1 6 无滑转的被动带轮压力 只 控制 4 . 3 . 2 速 比控制 由图 17 可知 , 从系统测量所获得的当前实际速 比 i , 与按计算所得的目标速比 i * 偏差送入 PI D 控 制器 , 产生控制信号作用于速比控制阀 , 使主动带轮 油缸的压力迅速达到目标值片 。 对采用单一油源的系统 , 速比控制阀的开启对 整个液压系统有瞬间卸荷作用 , 这会使被动带轮的 油缸压力 只 也出现波动 , 这种藕合效应需要进一步 采用相应的控制方法来消除。 5 C V T 起动装置 由于 C V T 是以摩擦来传递动力 , 这就决定了它 不仅要有防止转矩过大的限制功能 , 以消除来自车 轮的冲击 ;而且更必须与其它起动装置联合作用 , 才 能使车辆顺利起步 。 将迄今与 C V T 匹配的起动装置 列于表 2 , 以便综合比较其性能 。随着对 C V T 起步平 稳性要求越来越高 , 起动装置已多为电磁离合器与 液力变矩器 。 表 2 各种起动装置性能比较 项项 目目 液力变矩器器 湿式摩擦离合器器 电磁离合器器 齿轮传动空挡挡 (((((含液力偶合器 ))))))))) 起起动转矩矩 + 十十 OOO 000 带空挡的齿轮传动动 起起动平顺顺 十 十十 十十 000 带空挡的齿轮传动动 设长度度度 00000 + +++ 质质量量 OOO 00000 + +++ 油油耗耗 000 +++ +++ 十 十十 减减振振 + +++ 十十 +++ 000 热热负荷能力力 + +++ +++ OOO 带空挡的齿轮传动动 响响应特征征 000 +++ +++ 十十 控控制特性性性 十十 十十 +++ 功功能安全全 + 十十 十十 +++ 带空挡的齿轮传动动 应应急控制构思思 十 +++ 0000000 消消费用用 000 00000 十十 注 : 十 十 表示最好 ; + 表示好 ;0 表示一般 ; 一 表示较差 ; 一 表示最差 。 5 . 1 电磁离合器 电磁铁与被动毅之间间隙不变 , 无需调整 , 且允许有 图 18 是用电磁离合器作起动装置的 Sub a ur 较多时间滑磨 。 故它较理想地解决了 C VT 的起步问 E Z C v T 。 它不是靠摩擦力而是以本身的电磁力来传 题 , 与液力偶合器相 比 , 可防止变速时爬行和始终存 递转矩的 。 在其主 、被动部分之间有密封小室 , 内放 在的滑差损失 。 30 卜m 一 50 林m 的磁化钢微粒 , 线圈就在驱动室 5 . 2 液力变矩器 上 。 通电后散状磁粉在磁场中开始 “ 凝固 ” , 即磁粉 图 19 是用液力变矩器作起动装置的 C v To 正如 在磁场中形成磁链 , 把从动毅与电磁铁联在一起 , 本刊第 6 期 “ 自动变速器 (二 ) ” 中所述 , 因液力变矩 通电电流愈大 , 磁链数目较多 , 磁链强度也愈高 , 其 器具有自动适应和无级增矩 、 变速 、 减振 、 隔振及无 传递转矩能力也愈大 。 当电流大到足以使磁粉将离 机械磨损等优点 , 从而可明显改善 C V T 起步性能 、 合器主 、 被动部分牢牢地接合在一起时 , 离合器便 低速爬行性能和加速性能 , 保证在任何道路条件下 停止打滑 。 离合器的接合时间与力的控制由发动机 起步平顺 、 发动机不会熄火 、 不会溜坡 , 可按驾驶员 油门开度与车速两个参数控制线圈中的电流大小 的意图控制起步速度 。 更重要的是它不同于其它起 和通电时间的长短来决定 。 它结构简单 , 易实现转 动装置 , 有增大转矩作用 , 扩大了传动系统的转矩变 矩平衡增长 , 主 、 被动部分不接触 、 无磨损 , 使用中 化范围 , 使 C V T 的速 比控制更易于在发动机最佳经 2 ()( )l 年 第 12 期 一 3一 · 特约专题 · 济 工作线上工作 , 提高了燃料经济性 。 因是两个无 级变速器共同工作 , 故称为双状态无级变速器 。 它 可减少机械 C V T 的最大变速 比 编 的使用率 , 从而 提高 C V T 寿命 。 Z F 双状态 C V T 的 E oc t or ni C 系列输 人扭矩为 80 N · m 一 29 0 N · m , 大大扩大了 单一 C V T 的应用范围 ; _上述 S u ba ur 原用的电磁离合器 , 今 已改为双状态 。 可见用液力变矩器作起动装置是 发展趋势 。 从液力变矩器转人机械 C v T 的规律已在 图 12 中标出 〔, 2 3 4 动装置 (见图 2 0) , 而且可以增加变矩范围 。 起动装 置离合器 C , 平稳接合时 , 使齿轮传动从空挡进人前 进挡第 1挡 , 此时 , 功率分流的总速比也大 , 均有利 于车辆起步 ; 当达到换挡点时 , C . 释放 , C : 接合 , 为 前进挡第 2 挡 , 这时转为无功率分流的纯 C v T 传 动 。 无级变速器 行星齿轮装置 邀邀邀目目旦旦旦旦随随随口口……曰 . 旦巴 , ... 叭, . . 白. 口日. 日. 曰 ` - _ _ ~~~篮篮篮篮 邂邂巨巨旦旦旦旦 】】三拍尸~ 、 闷闷 口口二二目一口~ 勺硕~ 【二 盗` , 七洲二二二二 传传动范川川 同同同同起起步+l 前进挡挡口口口口 222前进档档 曰曰口口 输入 输出 图 2 0 带功率分流的 C VT 图 18 采用电磁离合器作起动装置的 S u ha ur E Z C V T 1 . 油缸 2 . 主动轮 3 . 前进 与倒退换机构 4 . 电 磁离合器 5 . 输人轴 6 . 减速齿轮 7 . 油压离心 平 衡腔 8 . 金属带 9 . 从动轮 10 . 油泵 6 C V T 与发动机的综合控制 综合控制的实质是使 C V T 与发动机匹配时的 总效率 , 二 刀 , · 刀。 达到最佳 ( 刀。 为 c v T 的效率 , , 为发动机的效率 )。 因不同的工作区发动机油耗相 差会达 2 . 5倍以上 , 低负荷时 CV T 的效率仅为 70 % , 高负荷时最高才能达到 93 % , 所以综合控制越 来越受到人们的重视 。 总的思路就是要求尽 可能沿 着最佳燃料经济性工作线控制 , 然而实际情况是复 杂多变的 。 如以某大城市的调查显示 , 在郊区 、高速 公路与市内行驶时 , 发动机相应的工作区也大不相 同 (见图 2 1 ) , 这要求针对不同的行驶地 区与状况制 定不同的策略 , 就是要尽量逼近相邻的最佳经济线 (实际上已变为一个工作面 ) 。 短短更卫」」」」」口口` ` ` 今石盆甲写` 淤遥犷闷闷闷闷 lll 二 J · 1111111rrrrr ` 一门— 一-一 一一-门 . 」」」」 图 19 双状态无级变速器 ! . 液力变矩器 2 . 闭锁离合器 3 . 发动机曲轴 4 . 反 向离合器 5 . 差速器 6 . 前进离合器 7 . 万向节 8 . 转换离合器 9 . 液压泵 10 . 变速带轮 11 . 传动链 还有一种带功率分流的 C V T , 它不但是一种起 一 4一 图 21 不同地区行驶的发动机的工作区 另一方面是控制路线问题 , 如图 22 所示 , 原车 辆在平路上 A 点行驶 ,发动机功率 17 kw , 如果现在 希望以 25 kw 加速 , 会有两种途径 : 一是从 A 点加 速至 B 点 ; 另一种是从 A 点变速至 A点 , 再沿最佳 燃料经济性工作线加速至 B点 。 用第 2 种办法不仅 d i八 I t小 , 变速感觉好 , 而且可降低油耗 。 ( 一 F转第 26 页 ) 汽 车 技 术 · 土 艺 · 设备 向变形进行 , 分析结果如图 5 所示 。 从图 5 中可以看 出 , 安装密封条前后 车门外板 在 Y 向发生不同程度的翘曲变形 , 其中车门右 _ _卜角 位置的变形最大 , 变形值达 4 m m 左右 , 说明 车门的 刚度存在着薄弱环节 。 未 塔 一0 12 14 件 l` 2〔 ) 2 2 24 2 6 28 , 角喻 12 截山位置 时叭ùù--15ù一确书ùù 返决一别 图 5 安装密封条前后车门外板 } 向变形图 既然车门外板在 Y 向存在着较大的翘曲变形 , 那么它在 X 向是否会发生变形 ? 为了研究此问题 , 选取车门外板左棱边 .上的 10 个关键点 , 测量其在安 装密封条前后的 x 坐标值 , 测点位置如图 6 所示 并通过比较其在 X 方向的坐标值变化 , 得到车门在 安装密封条前后的 X 方向变形量 , 如图 7 所示 。 测点位置 图 7 安装密封条前后 车门外板 训 ij] 变形图 从图 7 中可以看出 , 车门外板 丫向在安装密封 条前后也发生较大的变形 , 最大变形值为 1 . 6 川川 , 位于车门的左 仁角 。 与车门外板在 川 门]的变形结 合起来考虑 , 就不难理解轿车的变形状态 。 首先 , 车门在左 _L角发生较大的 + X 向变形 , 使得车门向 十 刃 向右移 。 这时 , 必然会导致 车门右 上角偏离 J一鲜 位置 , 当施加车门关闭力时 , 车 门右 卜角因配 合不佳 , 会受到较大密封条的反作用力 , 从 l盯导致 车门右 卜角发生较大的 一 y 向翘曲变形 、 }}}}} }}}}} 图 6 车门外板 X 向测点位置 3 结束语 对影 响装配质量的关键部件 车门的加 一 L 质址 进行 厂详细的统计分析 , 并分析了安装密封条前后 车门外板在 X 向和 y 向的变形情况 。 分析结果表 明 , 车门的制造精度与理论值相 比存在着较大差距 , 对装配质量影响很大 , 车门装配时需要进行 上_装 调整 〕 车门在安装密封条前后在 X 向和 Y 向存在 着较大的变形 , 说明车门的刚度存在着薄弱环 一节。 参 考 文 献 】 林鹏 . 二坐标测量机的新技术 . 模具技术 , 19 9 7 ( l ()) (责任编辑 良 文 ) 修改稿收到日期为 2 0 0 ! 年 6 月 8 日 ( 仁接第 4 页 ) 最仕燃料夕价丫1线 4 0 k w 3 0 kw 2 0 k w 1( ) kw 八曰On目on讨on竹0八U00, z孟U叹创月号、、,一l 星李从场宾 1 00 0 2 0 0 0 3 () 00 4 0 0 0 5 0 0 0 6 0 0 0 7 0 0 0 转速从 .r/ m nl ’ 图 2 2 发动机与 C V r 的综合控制 目前发动机潜力 已逐渐被人们挖尽 ,但综合控 制仍能收到提高效率 , , 的效果 。 机械 C V T 传动在我国虽然还不多见 , 但山 于其 潜在优点明显 , 仍是大家努力追求的方向之一 厂 特 别是随着 2 0 0 2 年 VDr r 的专利到期 , 世界各厂’ 可以 竞相制造各 自的金属带 , 价格将会下降 , 也有利于 C v T 性能 / 价格 比的提高 。 当然另一方 面 , 随着液 力 6 挡 自动变速器的出现 , CVT 与 A T 在性能 卜的 优势将会不明显 ;加之电控机械式自动器 ( A M T) 采 用双离合器配合换挡 , 使其从非动力换挡一跃进人 动力换挡范畴 , 会使性能有明显的提高 、 所以这 3 种 自动变速 器均各有其优势 , 对我国来说 , 则应视 车型 、使用工况 、价格等因素来定 , 才能各得其所 参 考 文 献 l 葛安林 . 车辆自动变速理论与设计 . 北京 : 机械 扮 Ik出 版社 . 19 9 3 . 2 葛安林 . 汽车工程设计篇— 无级变速器 . _比京 :人民交通出版社 . 2 0 01 . 3 1 ) n 一(· 。 l e ( 111一g 、 o f th e l, 一 t e r n a t i (一n a l C ( ) n n 、 r一℃ ( e ( 一n C ( ) r一屯i r l u t一、一、 ly 丫a . i a ! , le }) ,` w e , r l’ r a r, 、 x l l i s s i` 一; 1、 . J S M E & J卜I P S , 1 9 9 6 . (待续 ) (责任编辑 郝旭辉 ) 原稿收到 日期为 2 0 0 1年 日 月 2 1 11 1 一 2 6一 汽 车 技 术